利用染料吸收光能而且制造方便的太陽(yáng)能電池，獲得了一連串令人嘆為觀止的科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)，其中包括了2010年的千禧科技獎(jiǎng)。然而自它們從1988年問(wèn)世以來(lái)，在商業(yè)界并未能造成較大的影響。
西北大學(xué)的研究人員上周報(bào)道了一項(xiàng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，也許可以改變這種局面。這些科研人員制成的設(shè)備可消除染料敏化太陽(yáng)能電池固有的缺陷：即容易發(fā)生泄漏，以及含有腐蝕性的液體電解質(zhì)。
與薄膜和硅板不同的是，染料電池板的制備可以采用廉價(jià)的卷對(duì)卷工序，類似于印刷。因此，即使它們的效率低于硅太陽(yáng)能電池，也會(huì)具有很好的成本效益。
西北大學(xué)的這項(xiàng)研究是染料敏感電池領(lǐng)域一系列發(fā)現(xiàn)中最新的一個(gè)。這些進(jìn)展被斯坦福大學(xué)(Stanford University)高級(jí)分子光伏中心(Center for Advanced Molecular Photovoltaics)主任邁克爾•麥格西（Michael McGehee）稱為染料電池的‘復(fù)興’ 。這一領(lǐng)域的最新進(jìn)展最終可以把優(yōu)美的科學(xué)奇想轉(zhuǎn)化為實(shí)用的發(fā)電設(shè)備。
在染料敏化太陽(yáng)能電池中，入射光激發(fā)涂有染料的二氧化鈦（titania）多孔層，從而產(chǎn)生正負(fù)電荷。負(fù)電荷是被激發(fā)的電子，穿過(guò)二氧化鈦流出電池，而正電荷則流入液體電解質(zhì)。對(duì)于充滿電解液的堿性電池而言，滲漏是個(gè)永遠(yuǎn)存在的危險(xiǎn)（尤其當(dāng)太陽(yáng)能電池板處于極端氣候條件下時(shí)）。電解質(zhì)受熱到80°C(例如在屋頂上)，就會(huì)擴(kuò)張，從而引起電池板密封層的破裂。染料電池的碘電解液的腐蝕性很強(qiáng)，足以蝕穿抗銹金屬，如鋁合金和不銹鋼。
西北大學(xué)的化學(xué)家梅爾庫(kù)麗克•卡納其迪斯(Mercouri Kanatzidis)，材料學(xué)家羅伯特•張（Robert Chang），連同兩位研究生，采用固態(tài)碘基半導(dǎo)體取代染料電池的液態(tài)電解質(zhì)。盡管之前的固態(tài)設(shè)計(jì)會(huì)降低染料電池的輸出功率，但是西北大學(xué)的設(shè)計(jì)卻促進(jìn)了它的性能。研究人員指出，這是由于代替液態(tài)電解質(zhì)的銫錫碘(cesium-tin-iodine)半導(dǎo)體也能吸收光能。‘實(shí)際上，我們的材料會(huì)比染料本身吸收更多的光能。’迪斯說(shuō)。
在上周《自然》的一篇報(bào)道中，西北大學(xué)研究小組聲稱，他們的電池可以把10.2%的入射光轉(zhuǎn)換為電能，遠(yuǎn)比現(xiàn)今最好的固態(tài)染料電池效率（7%）高得多，。肖恩•沙欣(Sean Shaheen)是美國(guó)丹佛大學(xué)(Denver University)有機(jī)太陽(yáng)能電池專家，他指出，西北大學(xué)太陽(yáng)能電池的效率，在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下更接近8%。但是沙欣說(shuō)，這仍然是染料電池的一重要舉措。
卡納其迪斯認(rèn)為，如果電池的效率可以提升至11%以上，就有可能商業(yè)化推廣這種設(shè)計(jì)。新的太陽(yáng)能電池的效率比商用薄膜太陽(yáng)能電池板效率（12%至16%），也遠(yuǎn)低于太陽(yáng)能硅板的效率。但是，制造染料電池的成本也相應(yīng)要低。
澳大利亞染料型太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)商戴索爾公司正利用低成本工序，使傳統(tǒng)燃料太陽(yáng)能技術(shù)走向商業(yè)化，這些技術(shù)包括了液體電解質(zhì)。它的方法是將染料太陽(yáng)能電池整合到建筑材料中，如高層玻璃板和鋼屋面板。提摩科技公司（Timo Technology）是戴索爾公司在韓國(guó)的合資企業(yè)伙伴，今年三月，他們將玻璃面板安裝到了首爾的一座建筑中。另外，戴索爾公司正與印度的塔塔鋼鐵集團(tuán) （Tata Steel）合作，以研發(fā)染料鍍層太陽(yáng)能鋼板。
達(dá)米安•米利肯（Damion Milliken）是戴索爾公司的研究和開(kāi)發(fā)經(jīng)理，他堅(jiān)持認(rèn)為液體電解質(zhì)的使用將會(huì)逐漸少。‘索爾和其他公司生產(chǎn)出的設(shè)備，具有很好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，這些設(shè)備經(jīng)受了相當(dāng)于25年或者更長(zhǎng)時(shí)間的加速測(cè)試，’利肯說(shuō)，‘這些技術(shù)是具有商業(yè)效益的。’